Biomedicínské materiály a aplikace z titanové slitiny

Materiály z titanové slitiny pro biomedicínské aplikace jsou třídou funkčních konstrukčních materiálů používaných v biomedicínském inženýrství, konkrétně pro výrobu a výrobu chirurgických implantátů a ortopedických zařízení. Výroba a příprava titanových slitin zahrnuje metalurgii, tlakové zpracování, kompozitní materiály a chemický průmysl a je ve světě uznávána jako high-tech produkt. Titan a slitiny titanu se postupně dostávají do civilního spotřebitelského pole z leteckého, leteckého a obranného průmyslu. Jako jsou implantáty zdravotnického průmyslu, lékařská zařízení; sportovní a volnočasový průmysl titanové golfové hole a titanové obroučky brýlí, titanové hodinky, titanová kola a další produkty, poptávka po materiálech na zpracování titanu roste. S energickým rozvojem biotechnologie a velkými průlomy se průmysl biomedicínských kovových materiálů a výrobků vyvine v pilířový průmysl světové ekonomiky. Mezi nimi titan a jeho slitiny s nízkou hmotností, nízkým modulem pružnosti, netoxické, nemagnetické, odolnost proti korozi, vysoká pevnost, dobrá houževnatost a další vynikající komplexní výkon, v posledních letech poptávka po rychlém a trvalém růstu. Ve stejné době, jako slitiny titanu začnou vstupovat do oblasti ortopedie a další nové potenciální poptávky na trhu, bude budoucnost trhu slitin titanu zdát rychlejší růst.
1 Pokrok ve výzkumu slitiny lékařského titanu
1.1 Klasifikace slitiny lékařského titanu
Slitiny titanu lze rozdělit do 3 kategorií podle typu mikrostruktury materiálu: -typ, + -typ a -typ slitiny titanu.
1.2 Trend vývoje slitiny lékařského titanu
Literární průzkum zjistil, že domácí i zahraniční badatelé a vědci se shodují, že vývoj slitin lékařského titanu prošel třemi ikonickými fázemi, první fázi představuje čistý titan a slitina Ti-6Al-4V; druhý stupeň představuje nová + slitina s Ti-5A1-2.5Fe, Ti-6A1-7Nb; třetí etapou je vývoj + slitin s lepší biokompatibilitou a nižším modulem pružnosti; třetí etapou je vývoj slitiny + s lepší biokompatibilitou a nižším modulem pružnosti. a slitiny titanu s nižším modulem pružnosti. Ideální biomedicínské materiály ze slitin titanu musí splňovat následující podmínky: dobrá biokompatibilita, nízký modul pružnosti, nízká hustota, dobrá odolnost proti korozi, netoxicita, vysoká mez kluzu, dlouhá únavová životnost, velká plasticita při pokojové teplotě, snadné tvarování, snadné odlévání . Důležitými slitinami, které byly široce používány v materiálech pro implantáty, jsou Ti-6A1-4V a Ti-6A1-4VELI. V literatuře se uvádí, že V element může způsobit maligní tkáňovou reakci, která může mít toxické vedlejší účinky na lidské tělo, a Al může způsobit osteoporózu a duševní poruchy a další poruchy; za účelem vyřešení tohoto problému se současní vědci zabývající se biomateriály zavázali zkoumat a zkoumat nové biomedicínské slitiny titanu, které neobsahují V a Al. Aby se tento problém vyřešil, současní vědci zabývající se biomateriály se zavazují zkoumat a zkoumat nové biomateriály, které neobsahují slitiny titanu V, Al pro lékařské použití, a předtím je nutné zjistit, jaké legovací prvky jsou vhodné pro přidání - toxické a biokompatibilní. Bylo zjištěno, že slitiny titanu obsahující netoxické prvky jako molybden, niob, tantal, zirkonium atd. obsahují vyšší obsah stabilizačních prvků a ve srovnání se slitinami + titanu mají nižší modul pružnosti (E {{ 19}} ~ 80GPa) a také lepší smykové vlastnosti a houževnatost, což je vhodnější pro implantaci do lidského těla jako implantát.

2 Aplikace slitiny titanu
2.1 Lékařský základ slitiny titanu
Výhody použití titanu a titanových slitin jako lidských implantátů jsou zejména: (1) hustota (20 stupňů)=4,5g/cm3, nízká hmotnost. Implantováno do lidského těla: ke snížení zátěže lidského těla, jako zdravotnický prostředek: ke snížení provozní zátěže zdravotnického personálu. (2) Nízký modul pružnosti, čistý titan je 108 500 MPa, implantovaný do těla: blíže k přirozené kosti lidského těla, což přispívá k kostnímu štěpování, aby se snížil účinek stínění proti stresu kosti na implantát. (3) Nemagnetické, neovlivněné elektromagnetickými poli a bouřkami, což je příznivé pro bezpečnost lidského těla po použití. (4) Netoxicita, žádné toxické vedlejší účinky na lidské tělo jako implantát. (5) odolnost proti korozi (bioinertní kovové materiály), vynikající odolnost proti korozi v prostředí ponoření do lidské krve, aby byla zajištěna dobrá kompatibilita s lidskou krví a buněčnými tkáněmi, protože implantáty neprodukují lidskou kontaminaci, nedojde k alergickým reakcím, které je základem pro aplikaci podmínek titanu a slitin titanu. (6) vysoká pevnost, dobrá houževnatost v důsledku traumatu, nádorů a dalších faktorů vedoucích ke kostem, poškození kloubů, aby se vytvořila pevná kostní podpora, musí být použita pomocí zakřivených dlahy, šroubů, umělé kosti a kloubů, atd., tyto implantáty by měly být ponechány v těle po dlouhou dobu, budou podléhat ohýbání, kroucení, vytlačování, svalové kontrakci a dalším rolím lidského těla, požadavkům na implantáty s vysokou pevností a houževnatostí.

2.2 Lékařské a ortopedické obory slitin titanu
Situace na trhu s vývojem slitin titanu, odrůd titanu a snížení cen, aplikace titanu v civilním průmyslu exponenciálně vzrostla. CFDA bude rozdělena do tří tříd zdravotnických prostředků podle jejich bezpečnosti od vysoké po nízkou, respektive podle tří úrovní státního dohledu a řízení, implantáty z titanu a slitiny titanu patří do třetí třídy zdravotnických prostředků a vysoce hodnotné třída spotřebního materiálu. Sub-segment podíl na trhu více než 5% sub-odvětví, včetně in vitro diagnostiky, srdce, diagnostické zobrazování, ortopedie, oftalmologie, ortopedie šest hlavních segmentů. Mezi nimi je in vitro diagnostika, ortopedie a srdeční intervence nejrychleji rostoucím vysoce hodnotným spotřebním materiálem v Číně. Aplikace biomedicínského titanu a jeho slitin prošla třemi přelomovými fázemi: počátkem 50. let 20. století, poprvé ve Spojeném království a ve Spojených státech, byl komerčně čistý titan používán k výrobě kostních dlahy, šroubů, intramedulárních hřebů a kyčelních kloubů. . Společnost Swiss Mathys také používala slitinu Ti-6A1-7Nb k výrobě neexpandovaných intramedulárních hřebů (včetně tibie, humeru, femuru) a dutých šroubů pro léčbu zlomenin krčku stehenní kosti. Výroba bioaktivního materiálu z porézní slitiny Ni-Ti (PNT) cervikální, bederní mezitělová fúze (Cage) Kanada Společnost BIORTHEX vyvinula použití porézní slitiny Ni-Ti patentovaného materiálu ACTIPOREORE gama production cervikální, bederní mezitělové spojení pro ortopedickou léčbu poranění páteře. Nová beta titanová slitina může zohledňovat ortopedii, stomatologii a cévní zásahy a další použití pokročilých materiálů, průmysl ortopedických zdravotnických prostředků představoval více než 9 % podílu na celosvětovém trhu zdravotnických prostředků a stále rychle roste. Trh s ortopedickými zdravotnickými prostředky je rozdělen do čtyř hlavních segmentů trauma, kloub, páteř a další. Mezi nimi je trauma jediným segmentem, který nebyl obsazen zahraničními společnostmi, který zaujímá významný podíl na trhu, zejména proto, že produkty v této oblasti jsou technicky nenáročné, snadno napodobitelné, méně náročné na obsluhu a mnoho druhých a třetích -úrovňové nemocnice mohou být prováděny, takže zahraniční společnosti nemohou být plně pokryty. Traumatologické výrobky lze rozdělit na vnitřní fixační a zevní fixační prostředky, traumatologické produkty vnitřní fixace včetně nitrodřeňových hřebů, dlahy a šroubů apod. V roce 2012 tvořilo trauma 34 % tuzemského ortopedického trhu, 28 % kloubů, 20 % páteř a 18 % ostatních. Velké klouby jsou špičková zdravotnická zařízení s vysokými technickými bariérami. V současnosti běžné nemocnice dovážejí především ortopedické materiály a stále existuje propast mezi domácími a dováženými produkty, pokud jde o technologii, design, výzkum a vývoj, materiály a proces povrchové úpravy. Umělé klouby se dělí především na umělé kolenní, kyčelní, loketní, ramenní, prstové klouby atd., z nichž mezi nejdůležitější kloubní náhrady patří kyčelní a kolenní klouby, které dohromady tvoří více než 95 % celosvětového trhu kloubních náhrad. . Mezi zařízení pro páteřní implantáty patří systém nehtové ploténky torakolumbální páteře, systém nehtové ploténky krční páteře a fúzní systém atd., z nichž systém intervertebrální fúze se používá především při léčbě náhrady meziobratlové ploténky, což je také nejdůležitější segment, tvoří asi polovinu celého trhu s páteřními implantáty.
Vynikající vlastnosti titanových slitin vedly k jejich vedoucí pozici v lékařské oblasti. Materiálový design a technologie přípravy titanových slitin se rychle vyvíjely s průlomy v biotechnologii a velkou poptávkou po lékařských aplikacích. V současnosti vyráběné slitiny lékařského titanu jsou převážně slitiny titanu typu +. Z hlediska procesu přípravy zaujímá v současnosti hlavní podíl na trhu výroba TC4 (TC4ELI). Titanové slitiny -typu se staly centrem výzkumu nových medicínských titanových slitin díky svým výhodám v biokompatibilitě a mechanické kompatibilitě, což je nejslibnější technologie v oblasti lékařských implantátů. V budoucnu by se měla technologie výroby titanových slitin rozvíjet směrem k nízkému modulu, vysoké pevnosti, dobré biokompatibilitě a mechanické kompatibilitě. Z vývojového trendu se titanová slitina typu stane budoucím směrem vývoje a hlavním proudem trhu lékařských slitin titanu.